Programabilni uređaji i objektno orjentisano programiranje

Uvod

Programabilni uređaji i objektno orjentisano programiranje

• Predmetni nastavnik:

– Prof. dr Vesna Popović-Bugarin – kabinet 322

• Konsultacije četvrtkom od 13:00-15:00h

• Za kraće konsultacije koristiti e-mail: pvesna@ucg.ac.me

• Saradnici

– mr Miloš Brajović Računske vježbe + Lab.

– mr Nikola Bulatović Računske vježbe + Lab

CILJEVI PREDMETA • Upoznavanje i ovladavanje programabilnim uređajima;

• objektno-orjentisanim programiranjem;

• vizuelnim programskim alatima.

Kroz polaganje ovog ispita student će da: • Ovlada programabilnim platformama tipa Arduino (Raspberry),

komunikacijom sa njima, programiranjem, upravljanjem. • Ovlada objektno orjentisanim programiranjem, pojmom klase,

klasinim interfejsom, metodima klase, prijateljskim funkcijama i klasama, zajedničkim podacima i funkcijama za klasu, nasljeđivanjem i obradom izuzetaka.

ISHODI UČENJA

STRUKTURA KURSA (I dio)

I nedjelja Uvod. Osnovne karakteristike i mogućnosti programabilnih platformi. Hardverski interfejsi.

II nedjelja Struktura programa na platformama, jednostavne aplikacije. Rad sa portovima, komunikacija sa periferijerima i drugim uređajima.

III nedjelja

Dizajniranje jednostavnih kolaborativnih rješenja u sistemima sa programabilnim platformama. Povezivanje sistema sa bazama podataka, udaljenim čvorovima, koncept upravljanja.

IV nedjelja Uvod u objektno orjentisano programiranje (OOP) Koncepti OOP. Razlike C i C++.

V nedjelja Odbrana i prezentacija mini projekata. (21. mart 2019.)

STRUKTURA KURSA (II dio)

VI nedjelja Klasa i klasin interfejs. Konstruktor, inspektori i mutatori.

VII nedjelja Metodi članovi klase, statički djelovi interfejsa klase. Konstruktor kopije

VIII nedjelja Prijateljske funkcije i klase. Pokazivači na članove klase.

IX nedjelja Preklapanje operatora (osnovni binarni i unarni operatori).

X nedjelja Preklapanje operatora (napredne opcije);

XI nedjelja II kolokvijum (09. maj 2019.)

XII nedjelja Nasljeđivanje.

XIII nedjelja Šabloni

STRUKTURA KURSA (III dio)

XV nedjelja Obrada izuzetaka Popravni kolokvijum (30. maj 2019.)

Završni ispit (po posebnom rasporedu)

Opterećenje studenata

• Nedjeljno opterećenje studenata: 6 kredita x 40/30 = 8 sati

• Struktura: – 2 časa predavanja – 1 čas računskih vježbi – 2 časa laboratorijskih vježbi – 3 sata samostalnog rada

• Osnovna literatura: – D. Milićev: "Objektno orjentisano programiranje na

programskom jeziku C++", Mikro knjiga 1998. – dodatni materijali u vidu prezentacija, koji će biti dostupni

studentima preko sajta ETF-a.

Provjera znanja

• Načini provjeravanja znanja:

– Miniprojekat: 25 poena

– Laboratorijske vježbe: 10 poena

– Kolokvijum: 20 poena

– Završni ispit: 45 poena – radi se u računarskoj sali

• Ispit je položen sa 50 i više poena u ukupnom zbiru.

Programabilne platforme - potreba • Ne tako davno, rad na hardveru je značio sastavljanje

električnih kola od nule, korišćenjem stotine različitih komponenti poput otpornika, kondenzatora, kalemova, tranzistora ...

• Svako električno kolo je bilo povezano „žicama“ kako bi se osposobilo za određenu vrlo specifičnu namjenu.

• Promjene su zahtevale sječu „žica“ (provodnika), spojeva za lemljenje i još mnogo toga.

• Sa pojavom digitalnih tehnologija i mikroprocesora, ove funkcionalnosti, koje su nekada bile implementirane žicama, zamijenjene su programima.

• Softver je lakše modifikovati od hardvera. Sa nekoliko pritisaka na tipke, možete radikalno promeniti logiku uređaja i isprobati dve ili tri verzije u isto toliko vremena koliko bi vam trebalo da spajate par otpornika.

Breadboard – štampana ploča

Breadboard

Breadboards 1960-tih

Improvizovani breadboard

Alat za pravljenje prototipova

Integrisana Kola

Šta znači akronim "DIY"? • Do It Yourself - umjesto da angažujete profesionalca da uradi

određeni zadatak ili da kupite gotov proizvod –uređaj odaberite da sami riješite problem ili da kreirate željeni proizvod bez direktne pomoći eksperta.

• Najpopularnije platforme za DIY su Arduino and Raspberry Pi.

Arduino Raspberry Pi

Raspberry Pi • Raspberri Pi je samostalni mikro-računar. Ima ugrađenu RAM,

CPU, USB i Ethernet portove, standardne opcije izlaza, prikaza i još mnogo toga.

• Pokreće operativni sistem, najčešće LINUX i može se koristiti za kreiranje softverskih aplikacija sa terminalnog nivoa, do programskih jezika visokog nivoa kao što su Pithon i Scratch.

• Ogroman je broja aplikacija koje se mogu napraviti Raspberri Pi platformom bez povezivanja bilo čega osim napajanja, tastature / miša i ekrana.

• Savršen je za učenje programiranja na različitim jezicima, kao i za interakciju sa tradicionalnim kompjuterima.

• Ima mnogo više snage od bilo kog Arduina, ali sve što se na njemu radi je na softverskom nivou.

• Mnogo je komplikovaniji softver za povezivanje i upravljanje senzorima i spoljašnjim kolima.

ARDUINO • Platforma dizajnirana za početnike!

• ARDUINO je najomiljenija platforma mikrokontrolera na svetu sa razlogom.

• Kombinuje mikrokontrolere i direktnu interakciju sa hardverom sa intuitivnim Open Source okruženjem uz pomoć kojeg se može dizajnirati gotovo sve.

• Kontrolisanjem mikrokontrolera se dobija željena funkcionalnost – ni manje ni više.

• Ne postoji softver koji treba da prođe i možete biti sigurni da će uraditi ono što ste mu rekli, bez brige o drugom sloju apstrakcije softvera.

• Platforma izbora za povezivanje senzore i drugog hardvera kako bi se stupilo u direktnu interakciju sa spoljnim svetom.

ARDUINO VS RASPBERRY PI ARDUINO RASPBERRY PI

Arduino je mikrokontoler – čip koji se može koristiti uz malo pomoćnih sklopova.

Ima više različitih čipova na ploči, uključujući mikroprocesor, kako bi se kreirao funkcionalni kompjuter.

Sensori i ostali hardver se mogu kontrolisati direktno kroz I/O pinove.

Da bi se kontrolisali I/O pinovi za senzore, motore i slično, mora se na njemu pisati kod koji bi kontrolisao softver nižeg nivoa.

Ne pokreće operativni sistem već prolazi kroz kod koji mu se prosleđuje.

Ponaša se kao samostalni računar i može se kodirati u njemu.

Dizajniran je za hardver nižeg nivoa i direktno programiranje

Dizajniran je za interakciju softvera i hardvera višeg nivoa.

Šta je mikrokontroler?

• Mali računar na jednom čipu • Sadrži procesor, memoriju i I/O

• Tipično je "ugrađen" unutar nekog uređaja koji kontroliše. • Male je veličine i niske cijene.

www.mikroe.com/chapters/view/1

Šta je breadboard

• Štampana pločica dizajnirana da olakša rad sa određenim mikrokontrolerom.

Arduino UNO

Arduino Uno

Pin D13 LED

Power pins

Mikrokontroler Mozak Arduina

Prednosti • Niska cijena

• Cross-platform - Arduino Softver (IDE) se može pokrenuti na Windows, Macintosh OSX i Linux operativnim sistemima.

• Jednostavno, jasno okruženje za programiranje - Arduino Softvare (IDE) je jednostavan za upotrebu za početnike, ali dovoljno fleksibilan za napredne korisnike.

• Open source i jednostavan za nadogradnju softvera i hardvera. Jezik se može proširiti preko C ++ biblioteka, a ljudi koji žele da razumiju tehničke detalje mogu napraviti skok od Arduina do AVR C programskog jezika na kojem se zasniva. Slično tome, može se po želji dodati AVR-C kod direktno u Arduino program.

Šta ćemo koristiti?

Arduino razvojno okruženje

Arduino Uno

Senzori

Povezuje se sa računarom preko USB porta

Kontrolna

dioda kratko

zasvijetli

Dioda napajanja ostaje

aktivna

ARDUINO RAZVOJNO OKRUŽENJE • Poseban program koji omogucava pisanje koda – skica (engl.

sketches) za Arduino ploču na jednostavnom jeziku

modeliranom po uzoru na Processing jezik

(vvv.processing.org).

• Pritiskom na samo jedno dugme skica se šalje na ploču.

• Kod se prevodi na C programski jezik i prosleđuje open source

kompajleru avr-gcc.

Počnimo sa radom • http://arduino.cc/en/Guide/HomePage

• www.arduino.cc/en/Guide/Windows

1. Preuzeti i instalirati Arduino razvojno okruženje (IDE);

https://www.arduino.cc/en/Main/Software

2. Povezati ploču sa računarom preko USB kabla;

3. Ukoliko je potrebno, instalirati drajvere; , ArduinoUNO.inf iz Drivers foldera Arduino Software download-a, za slučaj preuzimanja zip fajla;

4. Pokrenuti Arduino IDE;

5. Odabrati odgovarajuću ploču;

6. Odabrati odgovarajući serijski port;

7. Otvoriti primjer sa diodom koja blinka

file/sketchbook/examples/digital/blink

8. Upload-ovati program

Odabrati tip ploče (board) Tools - Board - Arduino/Genuino Uno

Odabrati komunikacioni port Tools - Port - COMx (x je broj porta)

Pronaci koji port

je pridružen

vašem Arduinu

Arduino razvojno okruženje

See: http://arduino.cc/en/Guide/Environment for more information

Statusne poruke

todbot.com/blog/bionicarduino

Uspješan prenos podataka

Selektovan je pogrešan serijski port

Selektovana je pogrešna ploča

Veličina zavisi od kompleksnosti programa

Hardver – Digitalni U/I pinovi (D0-D13)

Izlazni digitalni pinovi Ulazni digitalni pin

• Mogu biti ulazni ili izlazni pinovi.

• Mora se definisati softverski u IDE. U suprotnom dolazi

do zabune.

• Očekuju samo 0/1.

DIGITALNI PINOVI – DVA STANJA

DIGITALNA 1

HIGH LEVEL

5 V

DIGITALNA 0

LOW LEVEL

0 V

Hardver – Analogni U pinovi (A0-A5)

• Namjenski analogni ulazni pinovi. • Uzimaju analogne vrijednosti (tj. napon očitavanja sa

senzora) i pretvaraju ih u broj između 0 i 1023.

Ulazni analogni pin

Programirani analogni I pinovi • Pinovi D(3,5,6,9,10,11) – (obratiti pažnju na crticu uz njihov

broj) se mogu reprogramirati u IDE tako da daju analogni izlaz.

Napajanje • Ploča se može napajati preko USB porta nakon povezivanja sa

računarom ili AD adapterom od 9 V (2.1mm). • Ako nema napajanja, napaja se preko USB kabla. Čim se

priključi napajanje, automatski se napaja sa njega.

Interaktivni uređaji

• Sve aplikacije koje će se kreirati korišćenjem Arduino pločice će vršiti komunikaciju sa okruženjem po principu “interaktivnih uređaja”.

• Interaktivni uređaj je elektronski sklop koji je sposoban da: • Osjeti okruženje pomoću senzora (elektronskih

komponenti koje konvertuju mjerenja iz okruženja u električne signale);

• Obrađuje informacije koje dobija od senzora, a koje su implementirane kao softver i donosi odluku o akciji koju treba sprovesti, koju takođe definiše kroz softver.

• Utiče na okruženje pomoću aktuatora (elektronskih komponenti koje pretvaraju električni signal u fizičko djelovanje).

Light-Emitting Eiode (LED)

• Elektronska komponenta koja emituje svjetlost. • Jedna LED dioda se nalazi na samoj Arduino ploču. Obilježena

je velikim slovom „L“. • Može se povezati i proizvoljna LED dioda. Kraća nožica je

katoda, duža anoda.

Ugrađena LED dioda

Glavne Funkcije void setup() { // pokreće se samo jedan put na početku programa } void loop() { // kod koji se neprekidno izvršava } Arduino ne može da pokrene više programa istovremeno i programi se ne mogu sami prekinuti. Kada se uključi pločica i prenese program na nju, program se pokreće, kada se želi prekinuti izvršavanje programa, isključi se pločica. Kada se kod jednom prenese na Arduino pločicu, ostaje na njoj i nakon njenog isključivanja ili resetovanja (kao na hard disku).

Primjer 1 – LED dioda koja blinka

Primjer 1 – LED dioda koja blinka

//Komentar – skica je zapravo niz instrukcija mikrokontroleru //const int LED_PIN 13 #define LED_PIN 13 void setup() { pinMode(LED_PIN, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(1000); digitalWrite(LED_PIN, LOW); delay(1000); }

Definisanje konstanti

Konfigurisanje digitalnog pina kao izlaznog (output)

5V na LED pin

0V na LED pin

Kašnjenje od 1000ms

Kašnjenje od 1000ms

Predefinisane konstante – OUTPUT/INPUT, HIGH/LOW.

Definisanje makroa

Kod - Definisanje digitalnih pinova makroima

#define NAME NUMBER

#define LED_PIN 7

#define TEMP_PIN 8

#define MOTOR_PIN 9

• pinMode(NAME,MODE)

• Funkcija kojom se vrši konfiguracija pina NAME kao izlaznog pina (pinMode(NAME,OUTPUT)) ili kao ulaznog pina, (pinMode(NAME,INPUT))

Kod – Konfigurisanje digitalnih pinova

Serijska Komunikacija

Serijska komunikacija uspostavljena preko USB porta se može koristiti u programima za slanje podataka računaru i za preuzimanje komandi sa računara.

Serijska komunikacija • Vrši se korišćenjem objekta Serial preko kojeg pristupamo

svim potrebnim funkcijama

Serial.ImeFunkcije(argumenti)

• Serial.begin(brzina) – priprema Arduino za početak primanja i slanja serijskih podataka definišući brzinu njihovog prenosa. Najčešće se koristi brzina komunikacije od 9600 bps sa Arduino IDE serijskim monitorom.

• Serijski monitor je poseban prozor koji se aktivira klikom na krajnju desnu ikonicu Arduino IDE okruženja.

• Arduino pločica mora biti konektovana sa računarom preko USB kabla da bi se mogao aktivirati Serijski monitor.

Serijski monitor • Gornje polje za editovanje služi

za unošenje podataka. Unos se prihvata pritiskom na dugme Send ili Enter sa tastature.

• Veći kvadrat je labela u kojoj se ispisuju podaci koje Arduino šalje.

• Ne dnu su dvije padajuće liste: – Lijevom se definiše „kraj linije“ koji

ce biti poslat na Arduino nakon što se klikne na dugme Send;

– Desnom se postavlja brzina prenosa podataka pri komunikaciji sa Arduino pločom. Mora odgovarati brzini podešenoj u programu za podešavanje parametara sa Serial.begin(brzina).

https://www.instructables.com/id/HOW-TO-use-the-ARDUINO-

SERIAL-MONITOR/

Serijska komunikacija • Serial.print(data,Format) – Šalje podatke serijskom

portu. Format je opcion. Ako se ne specificira, podaci se štampaju kao obični tekst.

• Cijeli brojevi se štampaju koristeći ASCII karakter za svaku cifru.

• Realni brojevi se štampaju na sličan način, kao ASCII cifre, podrazumijevajući dvije decimale. Ukoliko se broj decimala želi promijeniti, isti se specificira Format argumentom.

Serial.print(2.3785,3) štampa “2.378“

• Format može uzeti i vrijednosti (BIN,DEC,OCT,HEX) čime se zadati broj štampa uz pretvaranje u odgovarajući brojni sistem.

• Serial.println(data,Format) – funkcioniše na isti način uz prelazak u novi red nakon štampanja data podataka.

Serijski Monitor

void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { Serial.println(“Hello, World!”); delay(1000); }

Serijska komunikacija • Serial.read() – Preuzima jedan bajt serijskih podataka.

• Serial.available() – Vraća broj nepročitanih bajtova (karaktera) dostupnih u serijskom portu za čitanje preko read() funkcije. Ovo su podaci koji su vec stigli i uskladišteni su u baferu serijskog prijema (koji sadrži 64 bajta).

• Ukoliko je pročitano sve što je dostupno, Serial.available () vraća 0 dok novi podaci ne stignu na serijski port.

• Podaci mogu pristizati preko serijskog porta brže nego što ih program može obraditi. Arduino čuva sve ulazne podatke u baferu serijskog prijema.

• Serial.flush() – Čeka da se završi prenos odlaznih serijskih podataka. (Prije Arduino 1.0, Serial.flush() je uklanjala sve buferovane dolazne serijske podatke).

Povežimo se sa monitorom

void loop(){ if (Serial.available() > 0){ int command = Serial.read(); if (command == '1'){ digitalWrite(LED_PIN, HIGH); Serial.println("LED on"); } else if (command == '2'){ digitalWrite(LED_PIN, LOW); Serial.println("LED off"); } else{ Serial.print("Nepoznata komanda:"); Serial.println(command); } } }

PRIMJER 2 - LED

Čitanje komandi